天地飞09SⅡ 无线中继地面站 & ELRS 全套自制指南

一、 系统架构图 (无线中继版)

本项目构建一个独立的地面中继站。天地飞遥控器通过原装 2.4G 链路无线连接到地面上的接收机。地面站接收 PPM 信号后，通过 915M ELRS 和 WiFi 网络双路并行发送控制指令。

• 输入源: 天地飞原装接收机 (输出 PPM)。

• 发射链路 A (主): ESP32-A + E22-900M30S (ELRS 1W TX)，带 OLED 屏幕与按键。

• 发射链路 B (备): ESP32-B (WiFi)，UDP 转发至云服务器。

• 接收端 (机载): 自制或成品 ELRS 915M 接收机。

二、 硬件采购清单 (BOM)

1. 地面中继站 (发射端)

2. 机载接收机 (DIY RX)

如果你决定自制接收机，请采购以下元件；否则建议购买 HappyModel ES900RX。

三、 硬件制作与电路连接

1. 地面站总线连接

将 地面接收机 (天地飞) 的 PPM 信号引脚分叉，同时连接到两个 ESP32：

• 接收机 PPM -> ESP32-A (GPIO 4)

• 接收机 PPM -> ESP32-B (GPIO 4)

• 接收机 VCC/GND -> UBEC 5V / GND (共地至关重要！)

2. ESP32-A (ELRS 发射机) 详细接线

固件目标：DIY 900 MHz TX ESP32 SX126x

3. ESP32-B (WiFi 网桥) 接线

• PPM 输入 -> GPIO 4

• VCC/GND -> 5V/GND

4. 自制接收机 (DIY RX) 接线

固件目标：DIY 900 MHz RX ESP8285 SX126x

四、 固件编译与烧录 (完整步骤)

1. ELRS 发射机 (ESP32-A)

1. 下载安装 ExpressLRS Configurator。

2. Category: DIY 900 MHz

3. Device: DIY 900 MHz TX ESP32 SX126x

4. Flashing Method: UART (首次刷写需用 USB 线)

5. User Defines (复制以下内容):

   -D REGULATORY_DOMAIN_ISM_2400
   -D MY_BINDING_PHRASE="11223344"  // 必须修改为你的密码
   -D LOCK_ON_FIRST_CONNECTION
   -D HAS_OLED
   -D OLED_SDA=21
   -D OLED_SCL=22
   -D OLED_ADDR=0x3C
   -D GPIO_PIN_BUTTON_UP=25
   -D GPIO_PIN_BUTTON_DOWN=26
   -D GPIO_PIN_BUTTON_ENTER=27
   -D BUTTON_PRESSED_STATE=0
   // 强制使用 PPM 输入
   -D RC_SIGNAL_PIN=4 
   

6. 点击 Build and Flash。

7. 刷写完成后，断电重启。进入 Web 后台 (10.0.0.1)，在 Model 选项卡确认为 PPM 模式。

2. ELRS 接收机 (DIY RX)

1. Category: DIY 900 MHz

2. Device: DIY 900 MHz RX ESP8285 SX126x

3. User Defines:

   -D MY_BINDING_PHRASE="11223344" // 密码必须与 TX 一致
   

4. 刷写方法: 使用 USB-TTL 模块。

   • ESP8285 的 TX -> TTL RX

   • ESP8285 的 RX -> TTL TX

   • 关键: 上电前将 ESP8285 的 GPIO 0 接地 进入刷机模式。

5. 点击 Build and Flash。

五、 地面端 ESP32-B 完整代码

此代码用于读取 PPM 并通过 UDP 发送 MAVLink 包。（增加后续ATT用的飞控数据打印，ok）

使用方法:

1. 安装 Arduino IDE。

2. 库管理器搜索并安装 MAVLink 库 (by Arduino MAVLink)。

3. 选择开发板 DOIT ESP32 DEVKIT V1。

4. 修改代码中的 WiFi 和服务器地址，点击上传。

#include <WiFi.h>
#include <WiFiUdp.h>
#include <MAVLink.h>

// ================= 用户配置区 =================
const char* ssid = "UAV402"; 
const char* password = "11223344";
const char* server_ip = "www.cclddk007.top";
const int server_port = 51175;           // 对应服务器 PORT_GND_RC

const int ppmPin = 4;                    // PPM 输入引脚
const int SYSTEM_ID = 255;               // 设为 255 以匹配飞控主地面站权限
const int TARGET_SYSTEM = 1;             // 目标飞控 ID
// =============================================

WiFiUDP udp;
mavlink_message_t msg_send;
uint8_t buf[MAVLINK_MAX_PACKET_LEN];

// PPM 解码变量
volatile unsigned long lastPulseTime = 0;
volatile int currentChannel = 0;
volatile uint16_t channelValues[8] = {1500, 1500, 1000, 1500, 1500, 1500, 1500, 1500};

// --- AAT 遥测数据存储变量 ---
struct TelemetryData {
    int32_t lat;             // 经度 1E7
    int32_t lon;             // 纬度 1E7
    int32_t alt;             // 海拔高度 mm
    float roll;              // 翻滚角 rad
    float pitch;             // 俯仰角 rad
    float yaw;               // 偏航角 rad
    uint16_t heading;        // 机头指向 deg
    float groundspeed;       // 地速 m/s
    uint8_t satellites;      // 卫星数
    uint16_t eph;            // 水平定位精度
    uint8_t battery_remaining; // 剩余电量 %
    uint32_t last_packet_ms;  // 最后收到包的时间
} telem;

// MAVLink 解析状态机
mavlink_message_t msg_receive;
mavlink_status_t status_receive;

// PPM 中断解码逻辑
void IRAM_ATTR ppmInterrupt() {
    unsigned long now = micros();
    unsigned long duration = now - lastPulseTime;
    lastPulseTime = now;
    if (duration > 3000) {
        currentChannel = 0;
    } else {
        if (currentChannel < 8) {
            if (duration > 800 && duration < 2200) channelValues[currentChannel] = duration;
            currentChannel++;
        }
    }
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    pinMode(ppmPin, INPUT_PULLUP);
    attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ppmPin), ppmInterrupt, RISING);

    Serial.printf("\nConnecting to %s", ssid);
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { 
        delay(500); 
        Serial.print("."); 
    }
    Serial.println("\nWiFi Connected!");
    udp.begin(51175);
}

// 解析 MAVLink 消息
void handle_mavlink_packet(mavlink_message_t* msg) {
    telem.last_packet_ms = millis();
    
    switch (msg->msgid) {
        case MAVLINK_MSG_ID_GPS_RAW_INT: {
            mavlink_gps_raw_int_t packet;
            mavlink_msg_gps_raw_int_decode(msg, &packet);
            telem.lat = packet.lat;
            telem.lon = packet.lon;
            telem.alt = packet.alt;
            telem.satellites = packet.satellites_visible;
            telem.eph = packet.eph;
            break;
        }
        case MAVLINK_MSG_ID_ATTITUDE: {
            mavlink_attitude_t packet;
            mavlink_msg_attitude_decode(msg, &packet);
            telem.roll = packet.roll;
            telem.pitch = packet.pitch;
            telem.yaw = packet.yaw;
            break;
        }
        case MAVLINK_MSG_ID_VFR_HUD: {
            mavlink_vfr_hud_t packet;
            mavlink_msg_vfr_hud_decode(msg, &packet);
            telem.heading = packet.heading;
            telem.groundspeed = packet.groundspeed;
            break;
        }
        case MAVLINK_MSG_ID_SYS_STATUS: {
            mavlink_sys_status_t packet;
            mavlink_msg_sys_status_decode(msg, &packet);
            telem.battery_remaining = packet.battery_remaining;
            break;
        }
        case MAVLINK_MSG_ID_GLOBAL_POSITION_INT: {
            mavlink_global_position_int_t packet;
            mavlink_msg_global_position_int_decode(msg, &packet);
            break;
        }
    }
}

void loop() {
    unsigned long now = millis();
    static unsigned long lastSend = 0;
    static unsigned long lastHB = 0;
    static unsigned long lastPrint = 0;

    // 1. 发送 RC 覆盖指令 (约 40Hz)
    if (now - lastSend >= 25) {
        lastSend = now;
        uint16_t v[8];
        noInterrupts(); 
        for(int i=0; i<8; i++) v[i] = channelValues[i]; 
        interrupts();

        mavlink_msg_rc_channels_override_pack(SYSTEM_ID, 190, &msg_send, TARGET_SYSTEM, 1,
            v[0], v[1], v[2], v[3], v[4], v[5], v[6], v[7],
            0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0);
        
        uint16_t len = mavlink_msg_to_send_buffer(buf, &msg_send);
        udp.beginPacket(server_ip, server_port);
        udp.write(buf, len);
        udp.endPacket();
    }

    // 2. 发送心跳包 (1Hz)
    if (now - lastHB >= 1000) {
        lastHB = now;
        mavlink_msg_heartbeat_pack(SYSTEM_ID, 190, &msg_send, MAV_TYPE_GCS, MAV_AUTOPILOT_INVALID, MAV_MODE_MANUAL_ARMED, 0, MAV_STATE_ACTIVE);
        uint16_t len = mavlink_msg_to_send_buffer(buf, &msg_send);
        udp.beginPacket(server_ip, server_port);
        udp.write(buf, len);
        udp.endPacket();
    }

    // 3. 接收并解析回传数据
    while (udp.parsePacket() > 0) {
        while (udp.available()) {
            uint8_t byte_received = udp.read();
            if (mavlink_parse_char(MAVLINK_COMM_0, byte_received, &msg_receive, &status_receive)) {
                handle_mavlink_packet(&msg_receive);
            }
        }
    }

    // 4. 定时打印状态 (0.5秒一次)
    if (now - lastPrint >= 500) {
        lastPrint = now;
        long link_age = now - telem.last_packet_ms;
        bool link_active = (link_age < 3500); // 略微放宽判断标准，减少误报

        if (link_active) {
            // 将弧度转换为角度以便观察
            float roll_deg = telem.roll * 57.2958f;
            float pitch_deg = telem.pitch * 57.2958f;
            float yaw_deg = telem.yaw * 57.2958f;
            
            Serial.printf("[Live] Age:%ldms | R:%.1f P:%.1f Y:%.1f deg | GS:%.1f | Bat:%d%%\n", 
                          link_age, roll_deg, pitch_deg, yaw_deg, telem.groundspeed, telem.battery_remaining);
        } else {
            Serial.printf("[Loss] Link Down for %ld ms - Re-Syncing...\n", link_age);
        }
    }
}

六、 飞控端设置与最终联调

1. 飞控参数设置 (ArduPilot):

   • SERIALx_PROTOCOL = 2 (MAVLink2) - 针对连接 4G 模块的串口

   • FS_THR_ENABLE = 1 (开启油门失控保护)

   • 关键: 确保 ELRS 接收机失控模式为 Cut/No Pulses。

2. 联调步骤:

   • 步骤 1: 开启天地飞遥控器和地面中继站。

   • 步骤 2: 观察 ESP32-A 的 OLED 屏幕，应显示连接状态。

   • 步骤 3: 观察 ESP32-B 的串口输出，应显示 WiFi Connected 和 Sending RC...。

   • 步骤 4: 连接飞控地面站 (Mission Planner)，查看 RC_CHANNELS。

     • 正常情况下，数值应跟随摇杆变化 (此时走的是 ELRS)。

     • 测试切换: 拔掉 ELRS 接收机 (模拟失控)，数值应继续跟随摇杆变化 (此时已自动无缝切换到 4G/WiFi 链路)。

七、 制作注意事项

1. 散热: 1W 的 E22 模块发热极其严重，必须使用导热硅胶将其粘贴在散热片上，并用风扇强制散热，否则几分钟内就会热保护降频。

2. 天线: 地面站建议使用高增益的 915M 莫克森 (Moxon) 天线 或 八木天线 指向飞机方向，可轻松突破 30km+。

3. 屏蔽: 由于 ESP32-B (WiFi) 和 天地飞接收机 (2.4G) 距离很近，建议用铝箔胶带包裹 ESP32-B 的背面 (注意绝缘)，防止 WiFi 信号淹没接收机的灵敏度。